KR101428589B1 - 알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물 - Google Patents

알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 기존 도료 적용 시 발생하였던 스파터링 면의 크랙 발생을 방지하고 외관 레벨링을 개선할 수 있으며, 또한 아크릴 분체 상도 처리까지 마쳤을 때 광택이 우수하고 각종 물성도 탁월한 휠을 가능하게 하는 중도 액체도료를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 갖는 본 발명은 알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물에 관한 것으로, 아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액(고형분 55% 기준) 45~65 중량%, 멜라민수지 용액(고형분 60% 기준) 15~35 중량%, 에폭시수지 용액(고형분 65% 기준) 1~15 중량%, 첨가제 1~8 중량%, 용제 5~25 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물{The middle liquid paint composition for sputtering coating of aluminum alloy wheel}
본 발명은 알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 액체 중도 도료는 하도 분체도료를 도장 및 열처리한 후에 도장 및 열처리 됨으로써, 이어지는 공정에서 스파터링과의 부착력을 양호하게 하고 스파터링(도금막)의 크랙을 방지한다. 또한 최종 공정인 상도 아크릴 분체의 도장 및 열처리 후, 광택 및 각종 물성에서 우수한 결과를 낳게 한다.
즉, 알루미늄 알로이 휠 표면에서 이물질을 제거하고 도장 시 부착성과 내화학적 물성을 향상하는 전처리 과정을 끝낸 후, 열경화성 분체도료를 도장 및 열처리하고, 본 발명의 중도용 액체를 도장 및 열처리한 다음, 금속(알루미늄, 니켈, 크롬 등 의 금속 및 합금)으로 스파터링한 후, 그 표면에 아크릴 분체투명 도료를 도장 및 열처리하는 마감재를 사용하여 작업을 완료할 경우, 알루미늄 알로이 휠 표면의 광택성이 우수하고 탁월한 금속질감이 나며 기타 각종 물성이 우수한 스파터링 휠을 획득하는 게 가능해진다. 또한 본 발명의 중도용 액체 조성물은 하도인 열경화성 분체도료 및 스파터링과의 부착력을 향상하고 스파터링의 외관 크랙을 방지하며 표면의 광택성 향상에 우수한 성능을 부여한다.
본 발명의 중도 액체도료 조성물은, 기존의 도장 라인의 구조를 변경하지 않고도 도장 작업을 용이하게 할 수 있다.
일반적으로 자동차 타이어를 지지하여 주는 휠은 철제를 이용한 휠, 즉 주철 휠과 알루미늄 합금을 이용한 알루미늄 알로이 휠로 나누어지며, 최근에는 대부분의 중소형 및 대형차도 알루미늄 알로이 휠을 사용하는 것이 일반적이다.
알루미늄을 주 소재로 하여 제작된 휠은 중량이 적게 나가서 핸들 조작이 쉽고, 미려한 외관을 나타내며, 열전도율이 높아서 주행 중 지면과 마찰 등에 의해 타이어에 발생되는 열을 쉽게 흡수 및 방출하여 타이어 보호 기능도 높다.
이와 같이 우수한 기능을 가진 알루미늄 알로이 휠을 보호하고 미적 감각을 높이기 위해 도료를 도장하거나 도금을 하게 된다. 이때 도료를 적용하는 경우는 저렴한 가격과 공정상의 이점이 있고 다양한 색상 선택을 할 수 있어서 많이 사용되어 왔다.
그러나 최근에는 기존 도료보다 고급스러우면서도 금속 질감을 나타내는 스파터링에 의하여 휠 외관 색상을 창출해낼 수 있게 됨에 따라 이에 맞는 도료 및 공정이 필요하게 되었다. 기존에 사용하던 일반 액체 중도 도료의 적용 시에는 스파터링 면이 매끄럽지 못하거나 크랙이 발생하는 문제 발생 등으로 이 부분을 해결할 수 있는 도료 개발이 필요한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 안출된 것으로, 기존 도료 적용 시 발생하였던 스파터링 면의 크랙 발생을 방지하고 외관 레벨링을 개선할 수 있으며, 또한 아크릴 분체 상도 처리까지 마쳤을 때 광택이 우수하고 각종 물성도 탁월한 휠을 가능하게 하는 중도 액체도료를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 갖는 본 발명은 알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물에 관한 것으로, 아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액(고형분 55% 기준) 45~65 중량%, 멜라민수지 용액(고형분 60% 기준) 15~35 중량%, 에폭시수지 용액(고형분 65% 기준) 1~15 중량%, 첨가제 1~8 중량%, 용제 5~25 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 아크릴 수지는 산가(Acid Value)가 1~5mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~2.0 인 것을 특징으로 한다.
또한 폴리에스테르 수지는 산가(Acid Value)가 1~7mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~3.0 인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 멜라민 수지는 Formaldehyde, Melamine, N-Butanol로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 에폭시 수지는 고형 에폭시 수지(변성하지 않은 Bisphenol-A 타입의 기본 수지)를 용해하여 액상화하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 첨가제는 핀홀 방지제, 크레터링 방지제, 레벨링 안정제, 흐름성 방지제 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 액체도료 조성물을 중도 도료로 하여 도장된 알루미늄 알로이 휠인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 기존의 알루미늄 알로이 휠에 금속(알루미늄, 니켈, 크롬 등의 금속 및 합금) 도금을 가능하게 하는 중도 액체 조성물을 제안함으로써, 이를 통해 알루미늄 알로이 휠의 외관을 고광택으로 하고 내구성, 산 또는 염수에 대한 내식성이 우수한 휠을 구현할 수 있다.
근래에는 자동차의 기능과 별도로 디자인 측면도 중요한 요소로 되었으며 자동차 바디뿐만 아니라 알루미늄 알로이 휠 또한 중요한 부분을 차지하고 있는바, 본 발명을 적용한 화려한 알루미늄 알로이 휠로써 소비자의 선택범위를 넓히는 효과가 있다.
또한 본 발명은 기존의 도장 설비를 사용하여 적용할 수 있는 효과가 있어 따로 도장 설비를 구입 설치하지 않아도 된다.
본 발명의 실시 과정을 설명한다.
1. 알루미늄 알로이 휠의 생산 공정
본 발명의 중도 액체도료를 적용하는 과정을 설명한다.
그 적용 과정은 자동차용 알루미늄 알로이 휠의 표면을 알칼리계 탈지제로 탈지한 후, 그 표면에 논크롬계 액으로 피막을 하고 나서 그 표면에 열경화성 분체도료를 도장한 후, 180±10℃로 10분간 열처리하는 제1공정과;
상기 제1공정을 거친 상기 알루미늄 알로이 휠의 표면에 본 발명의 '아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액 & 멜라민 수지 용액 & 에폭시 수지 용액 등으로 이루어진 액체도료'를 도장한 후, 표면 레벨링을 양호하게 하기 위해 30~50℃, 습도 40~70% 조건에서 10~20분간 유지시킨 후 140±5℃로 10분간 열처리를 하는 제2공정과;
상기 제2공정을 거친 상기 알루미늄 알로이 휠의 표면에 금속(알루미늄, 니켈, 크롬 등 의 금속 또는 합금)으로 스파터링하는 제3공정과;
상기 제3공정을 거친 상기 알루미늄 알로이 휠의 표면에 아크릴계 분체 투명 도료를 도장한 후, 160±10℃로 10분간 열처리를 하는 제4공정으로 이루어진다.
이하, 각 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
[제1공정]
자동차용 알루미늄 알로이 휠의 표면을 알칼리 탈지제로 탈지한 후, 그 표면에 논크롬산계 전처리제로 피막을 하고 나서 그 표면에 열경화성 분체도료를 도장한 후, 180±10℃로 10분간 열처리하여 준다.
상기 열경화성 분체도료(예: 폴리에스테르계)는 알루미늄 알로이 휠을 보호하는 첫 번째 목적을 가지며 한 번의 도장으로 높은 수준의 도막두께 70~120㎛을 가지며 소재에 대한 부착력이 탁월하다. 또한 내식성 및 각종 화학적 약품에 대한 저항성이 우수하고 양호한 내구성을 가진다.
[제2공정]
상기 제1공정을 거친 알루미늄 알로이 휠의 표면에 본 발명의 '아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액 & 멜라민 수지 용액 & 에폭시 수지 용액 등으로 이루어진 액체도료'를 스프레이 도장 방법으로 도장한 후, 온도 30~50℃, 습도 40~70% 내에서 10~20분간 도료의 안정화를 통해 레벨링을 향상한 후 건조로에서 140±5℃, 10분간 건조시켜 그 표면을 평활하게 만든다.
상기 '아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액 & 멜라민 수지 용액 & 에폭시 수지 용액 등으로 이루어진 액체도료'는 하도 도료인 분체도료(예:폴리에스테르계)와의 밀착성이 우수하고 도막 안정성이 있어서 상층에 스파터링 후 열경화성 아크릴 분체도료를 고온으로 건조하여도 열팽창으로 인한 스파터링 부위에서의 크랙 발생이 없고 미려한 외관을 갖도록 하는 기능을 한다.
[제3공정]
본 단계는 알루미늄 알로이 휠 표면에 금속막을 형성하기 위한 것이다. 구체적으로는 진공챔버 내에 불활성기체인 아르곤(Ar)을 넣고 음극(Cathode)으로부터 방출된 전자들이 아르곤 기체와 충돌하여 아르곤이 이온화되어 알루미늄 알로이 휠 표면으로부터 튀어나온 원자와 운동량 교환에 의해 알루미늄 알로이 휠 표면에 박막을 형성하도록 하는 단계이다. 이와 같은 단계를 스파터링 단계라 한다.
[제4공정]
상기 제3공정을 거친 상기 알루미늄 알로이 휠의 표면에 아크릴계 분체 투명 도료를 도장한 후, 160±10℃로 10분간 열처리를 하여 준다.
아크릴계 분체 투명 도료는 내후성과 내약품성이 탁월한 아크릴 수지를 주성분으로 한 제품으로 작업성이 우수하고 평활성이 뛰어난 외관을 형성한다.
상기와 같은 도장 공정으로 표면이 도장된 알루미늄 알로이 휠을 생산할 수 있다.상기의 각각 공정들로 생산되는 알루미늄 알로이 휠은 적정 도료의 선택 및 공정과 진공 스파터링 공법을 접목하여 미려한 외관과 고광택, 금속질감을 재현할 수 있다. 이와 같이 제조된 휠은 내구성, 각종 약품에 대한 저항성, 탁월한 내식성을 보유한다.
다음으로 본 발명의 중도용 액체 도료 자체를 설명한다.
2. 중도용 액체 도료
본 발명은 자동차용 알루미늄 알로이 휠의 코팅재로서 요구되는 제반 물성을 만족하는 동시에 분체하도 도료 위에 금속 도금 질감의 스파터링 막을 형성하기 위한 중도재 로서, 층간 부착 연결 고리 역할을 하면서 탁월한 외관 형성의 역할도 한다.
본 발명에 따른 스파터링 중도용 액체 도료의 조성물은 아크릴 수지 또는 폴리에스테르 수지(고형분 55% 기준) 45~65 중량%, 멜라민수지 용액(고형분 60% 기준) 15~35 중량%, 에폭시수지 용액(고형분 65% 기준) 1~15 중량%, 첨가제 1~8 중량%, 용제 5~25 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 상기 조성물에 사용되는 구성 성분들을 상세하게 설명한다.
본 발명의 조성물에 사용된 수지는 아크릴(또는 폴리에스테르) & 멜라민 & 에폭시계의 수지 조성물로, 상기 아크릴 수지는 Acrylic acid(0.1~0.3%), Methacrylic acid(0.1~0.3%) 및 그 유도체(Styrene 70~75%, 2-Ethyl Hexyl Acrylate 10~20%, 2-Hydroxy Propyl Methacrylate 5~10%)를 용액 중합시켜 얻어진 고분자 수지이며 산가(Acid Value)는 1~5mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~2.0인 것을 특징으로 한다. 폴리에스테르 수지는 산가(Acid Value)가 1~7mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~3.0이며 멜라민 수지는 Formaldehyde(40~60%), Melamine(20~30%), N-Butanol(15~25%)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 에폭시 수지는 고형 에폭시 수지(변성하지 않은 Bisphenol-A 타입의 기본 수지로서, 예컨대 국도화학 YD-011 또는 012, 014를 들 수 있다)를 용해하여 액상화하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
첨가제는 핀홀 방지제, 크레터링 방지제, 레벨링 안정제, 흐름성 안정제 등의 혼합물로 이루어진 군에서 선택하여 사용한다.
먼저 핀홀 방지제는 중도 액체 도장 후 140±15℃, 10분간 건조 과정에서 생길 수 있는 도막에, 바늘로 찌른 것 같은 극히 작은 구멍이 발생하는 현상(pinhole)을 방지하기 위한 것이다. 크레터링 방지제는 도료의 유동성 향상 및 도면에 분화구 같은 요철 형태가 생기는 현상(cratering)을 방지하기 위하여 사용된다. 레벨링 안정제는 도막이 평활하게 되지 않고 오렌지의 껍질과 같이 외관 불균일이 생기는 현상(orange peeling)을 막기 위하여 사용되고, 흐름성 안정제는 도장 시 수직면 혹은 홈 곡면 부위에서 흐르는 현상(sagging)이 발생할 때 이를 막기 위해 적용이 된다. 핀홀 방지제, 크레터링 방지제, 레벨링 안정제, 흐름성 안정제는 종래기술의 수준에서 적절히 선택하여 사용할 수 있는 것으로, 그 자체는 본 발명의 특징이 아니다.
상기 첨가제는 사용하고자 하는 용도에 따라 적절히 사용하며 전체 도료 100 중량% 중 1~8 중량%를 사용한다. 만약 첨가제의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 첨가제 사용에 따른 적절한 효과를 얻을 수 없고, 비경제적이며, 경우에 따라서 예상치 못한 문제가 도막에 발생할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 액체도료를 제조하는 공정을 설명한다.
(1) 제1단계 : 각 조성을 평량하는 단계로 상기에서 서술한 바의 조성비를 갖도록 아크릴(또는 폴리에스테르) & 멜라민 & 에폭시계 수지의 용액을 저울을 이용하여 교반하면서 탱크에 계량한다.
(2) 제2단계 : 수지를 용해하고 잘 섞이게 하는 용제(탄화수소계, 에스테르계, 케톤계, 알콜계 등)를 교반하면서 저울을 이용하여 탱크에 계량한다.
(3) 제3단계 : 계량된 조성물을 500~2000rpm으로 고속으로 약 30분 교반 혼합한다.
(4) 제4단계 : 혼합된 조성물에 각종 첨가제를 측량하여 계량한다.
(5) 제5단계 : 혼합된 조성물을 500~2000rpm으로 고속으로 약 30분 교반 혼합한다.
(6) 제6단계 : 여과단계로 상기 혼합된 조성물을 여과하여 생산과정에 혼입될 수 있는 먼지나 이물질을 제거하면 액체 도료의 제조가 완료된다.
이렇게 제조된 액체 도료 조성물을 작업 전용 신나로 희석한 후(Ford cup#4, 16~22초로 희석) 에어 스프레이 도장 방법에 의해 하도 분체(예: 폴리에스테르 계, 도막 두께: 70~130㎛) 도막이 형성된 피도물 위에 건조 도막 두께 기준으로 15~35㎛이 되도록 도장한다. 상기의 도장 방법은 기존의 액체 도료의 도장 방법과 동일하며 도장된 피도물을 간접 열풍식 건조로에서 적정의 열량으로 가열 경화시킨다. 경화된 액체 도막 위에 스파터링을 실시하며 그 후 열경화성 아크릴 분체 상도 투명(60~100㎛)을 도장한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 다만 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~6]
하기 표 1의 조성을 이용하여 스파터링 중도용 액체 도료 조성물을 제조하였다.
Figure 112014025298319-pat00001

(상기 표에서 산가의 단위는 'mg-KOH/g'임.)
상기 혼합된 전 조성물은 각각의 공정단계를 거쳐 제조하였다.
본 실시예의 액체도료를 전처리된 알루미늄 알로이 휠에 폴리에스테르계 분체 하도를 도장 및 건조(70~130㎛)한 후 스프레이 도장 방법을 이용하여 도장한 후, 온도 40~50℃, 습도 40~70% 내에서 12분간 지촉건조로 도료의 안정화를 통해 레벨링을 향상시킨 후 180℃로 세팅된 열풍 순환식 전기오븐건조로에서 40분간 경화시켰다(15~35㎛). 휠의 크기와 두께, 중량 때문에 높은 온도에 많은 시간을 주어 열량을 공급하여도 실제 소재가 받는 온도와 시간은 140±5℃에서 10분간 정도가 되어 도막 경화가 가능하다.
이후 플라즈마 스파터링 시스템을 이용하여 진공 증착을 하여 금속막의 두께가 약 0.1㎛가 되도록 코팅한 후, 아크릴 분체 상도 투명 도료를 건조 도막두께가 60~100㎛가 되도록 도장하여 160℃에서 약 20분간 경화(소재 표면 온도)시킨다.
상기와 같은 방식으로 제작된 알루미늄 알로이 휠을 상온에서 24시간 방치 후 도막의 광택과 기계적 물성을 시험하였다.
Figure 112013015516893-pat00002

Figure 112013015516893-pat00003

이러한 비교에서 외관 측정은 도금 질감을 구현하는 정도를 나타내며 부착성, 내염수분무성 및 내습성은 상도 아크릴 분체도료 도막 형성 후 시험을 의미한다.
광택 및 외관(레벨링, 크랙)은 스파터링이 정상적으로 형성된 것 중 가장 우수한 실험 결과(도금질감을 구현)를 가진 실시예 1, 3과 나머지 실시예 2, 4, 5, 6을 상대적으로 비교 평가한 것이다.
위 실험 결과에 나타난 바와 같이 실시예 1과 실시예 3이 모든 시험항목에서 우수한 결과를 나타내었다. 다만 내염수분무성 시험 결과에서 실시예 3보다 실시예 1이 더 좋은 결과를 얻었다.
실시예 2, 4는 실시예 1, 3에서 사용된 주수지(아크릴, 폴리에스테르) 함량을 조정하여 상대 비교 하였으나 외관에 크랙이 발생하였다. 실시예 5, 6은 첨가제(레벨링, 흐름성 개선제)의 함량을 대폭 감소시켜 실시예 1, 3과 비교하여 외관에 나타나는 형상을 파악한 것인데, 첨가제를 사용한 실시예 1, 3이 외관에서 우수한 결과를 나타냈다.
또한 실시예 5와 6(첨가제 없는 경우)의 외관 비교에서 상대적으로 실시예 5의 외관이 뛰어났으며, 실시예 6(첨가제 없는 경우)은 핀홀이 발생하여 핀홀 방지제를 첨가 후 비교하였음을 밝혀둔다.
상기와 같이 본 발명의 스파터링 중도용 액체 조성물은 진공 증착된 도막과의 부착력을 보다 증진하여 상도 아크릴 분체 투명 도막까지의 부착력을 향상하였으며, 가장 큰 문제가 되는 상도 아크릴 분체 투명 도막 형성 시 내부응력의 차이에 따라 진공 증착된 도막의 크랙 발생을 개선하여 도금질감을 우수하게 달성하는 동시에 여러 기계적 물성도 우수하게 나타났다.

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  2. 아크릴 또는 폴리에스테르 수지 용액(고형분 55% 기준) 45~65 중량%, 멜라민수지 용액(고형분 60% 기준) 15~35 중량%, 에폭시수지 용액(고형분 65% 기준) 1~15 중량%, 첨가제 1~8 중량%, 용제 5~25 중량%로 구성되며,
    상기 아크릴 수지는 산가(Acid Value)가 1~5mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~2.0 인 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    폴리에스테르 수지는 산가(Acid Value)가 1~7mg-KOH/g이고 OH(%)가 0.5~3.0 인 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멜라민 수지는 Formaldehyde, Melamine, N-Butanol로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 고형 에폭시 수지(변성하지 않은 Bisphenol-A 타입의 기본 수지)를 용해하여 액상화하여 사용하는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    첨가제는 핀홀 방지제, 크레터링 방지제, 레벨링 안정제, 흐름성 방지제 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 알로이 휠의 스파터링 도금을 위한 중도 액체도료 조성물.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항의 액체도료 조성물을 중도 도료로 하여 도장된 것을 특징으로 하는, 알루미늄 알로이 휠.
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